初高中物理運動學知識如何銜接探微

許凱

【摘 要】 學生的教育與發展具有連續性與發展性。對于初中師生而言，如果在學習初中物理的時候就能夠了解學習高中物理中對應知識所需的基礎要求，那么在學生未來進行高中學習時就更容易進入角色更容易適應。同理，對于高中師生而言，如果能夠知道學生曾經具有什么樣的前認知與前概念，勢必也會達到事半而功倍的效果。鑒于此，本篇就僅對部分教材內初高中物理知識力學中運動學部分的不同做簡單的比較與分析，期以此對廣大師生在教學過程中能起到一定的指導作用。

【關鍵詞】 初中物理;高中物理;教材;運動學;知識銜接

【中圖分類號】G632.20 【文獻標識碼】B 【文章編號】2095-3089（2015）25-0-01

初中物理知識探討的藍本是江蘇科學技術出版社的物理課本（簡稱蘇科版），高中物理知識探討的藍本是人民教育出版社的物理課本（簡稱人教版）。運動學（kinematics），從幾何的角度（指不涉及物體本身的物理性質和加在物體上的力） 描述和研究物體位置隨時間的變化規律的力學分支。以研究質點和剛體這兩個簡化模型的運動為基礎，并進一步研究變形體（彈性體、流體等） 的運動。知識銜接限定的范圍就是初高中物理知識中都有的部分存在差別部分的說明與銜接。孤篇蓋全唐，下面我們就以幾個方面進行闡述說明。

1初高中物理教材中關于參考系的介紹不同

1.1 初中物理蘇科版中參照物的描述：在蘇科版的初中物理教材中關于參照物的描述出現在八上121頁的信息快遞中：用來描述一個物體是否運動的另一個物體，叫做參照物（frame of reference）。[1]

1.2 高中物理人教版中參考系的描述：在人教版的高中物理教材中關于參考系的描述出現在第10頁：要描述一個物體的運動，首先要選定某個其他物理做參考，觀察物體相對于這個“其他物體”的位置是否隨時間變化，以及怎樣變化。這種用來做參考的物體參考系（reference frame）。[2]

1.3 參考系在初高中物理中如何銜接處理。就本質而言，參考系的目的就是為了描述物體的運動確定了一個判定的標準。從名稱上常見的說法有參考物、參照物、參考系等。雖然有的學者認為可以把參考系看作是很多相對靜止的參考物或參照物之間的集合，但是就其所判斷的標準都沒有發生過變化。其標準內涵無外乎包括兩點：首先，如果一個物體被選定為參考物，那么該物體被視為靜止。其次，只要物體的位置相對于參考物的位置發生了變化，我們就認為該物體是運動的。標準評判的結果為選擇不同的物體作為參考系其關于同一物體運動的描述可能不同。初高中師生可以從中認識到參照物、參考系、參考物其實可以看作是同一邏輯概念，不必在乎名稱上的不同。大家只要能把握其判斷物體是否運動的標準就可以了。

2 初高中物理教材中關于速度的介紹不同

2.1 初中物理蘇科版中速度的描述：在蘇科版的初中物理教材中關于速度的描述出現在八上113頁：速度（velocity）是描述物體運動快慢的物理量，大小等于單位時間內通過的路程。[3]

2.2 高中物理人教版中速度的描述：在人教版的高中物理教材中關于速度的描述出現在物理必修一第15頁：物理學中用位移與發生這個位移所用時間的比值表示物體運動的快慢，這就是速度（velocity）。[4]

2.3 初高中速度異同的辨析。

2.3.1 概念界定：路程，是指物體運動軌跡的長度。位移，是指物體位置的變化量。嚴謹地說來，速度，指的是位移與對應時間的比值;速率，才是路程與對應時間的比值。平均速度，指的是一段時間內位移與對應時間的比值;平均速率，指的是一段時間內路程與對應時間的比值。瞬時速度，指的是時間間隔趨向于零時位移與對應時間比值的極限;瞬時速率，指的是時間間隔趨向于零時路程與對應時間比值的極限。由此可見，高中物理教材中定義的速度與我們物理運動學中的真實速度是一致的，而初中物理教材中定義的速度的大小只是物理運動學中的速率概念。

2.3.1 初高中物理教材中速度定義差別的原因：事出必有因，速率跟速度明顯是不同的，可是為什么會造成這種不同呢？這里我們不妨從兩個角度來分析。首先，我們可以看看速度與速率的關系。速度和速率的不同點在于：速度是矢量，既有大小又有方向;速率是標量，只有大小沒有方向。兩者相同點在于都用來描述物體運動的快慢;并且瞬時速度的大小等于瞬時速率的數值。正因為兩者的相同之處，所以初中物理中對于速度的定義讓很多人看起來理所當然。其次，物理習慣上其實是存在大量默認的。對于一個物體問題，因為瞬時的值更能精細的描述出物體的具體運動狀態，所以被廣為使用。從而造成在很多的實際問題中，我們往往關心瞬時值更勝于平均值。而就對瞬時值而言，在不考慮方向的前提下，瞬時速度的大小也與瞬時速率確實是可以視為想等。這也就是為什么初中物理中把速度大小定義為速率后沒出什么大問題的主要原因。

2.3.3 對于初高中師生此處學習時的建議：牛頓說，他之所以偉大是因為他站著巨人的肩膀上。我們的學習是循序漸進逐層深入的。但是我們未來的學習必須建立在正確的概念與認知基礎之上。鑒于此，我強烈建議初中師生在教學時認真重視此處“速度”的表達。不妨承認此處所學習的速度大小就是速率，不要給未來學生的高中物理學習帶來困惑，也不要給未來高中物理教師的教授帶來認為的障礙。如果有幸蘇科版物理教材的編者能看到，我也強烈建議此處改一改。雖然現在無論是中考還是高考對于速度和速率的區別已經都有意弱化，但是自相確定前后矛盾的概念界定畢竟對學生的學習認知造成嚴重不利，并未后來專業的學習留下認知上的缺陷與隱患。對于高中的師生我也強烈建議能充分認識到初中物理所學的那個所謂的“速度”并不是物理運動學中真正的速度，它不過是指速率罷了，真正的速度不僅僅有大小，還具有方向，描述的是物體位置變化率，即物體的位置信息隨時間變化快慢的物理量。

3 初高中物理教材中關于機械運動的介紹不同

3.1 初中物理蘇科版中機械運動的描述：在蘇科版的初中物理教材中關于機械運動的描述出現在八上121頁：物理學中把一個物理相對于參照物位置的改變叫機械運動（mechanical motion）。[5]

3.2 高中物理人教版中機械運動的描述：在人教版的高中物理教材中關于機械運動的描述出現在第8頁：物體的空間位置隨時間變化，是自然界中最簡單、最基本的運動狀態，成為機械運動（mechanical motion）。[6]

3.3 機械運動我們該注意些什么？靜止是相對的，運動是絕對的。在針對機械運動介紹中我們應該讓學生意識到機械運動的兩大因素：位置與時間。說白了運動學的任務也不過就是用來描述物體是如何運動的，而作為相對簡單的機械運動的研究，終究逃不過的兩個量化了的物理量就是位置與時間。另外一個注意點就是參考系。玫瑰花下有刺，玫瑰刺上有花。我們選擇不同的視角來確定標準，將可能看到完全不一樣的風景。對應于物理而言，在機械運動中，有時我們采取不同的參考系，那我們的運算過程就可能完全不一樣。雖然殊途同歸，那我們為什么不選最近最便捷的道路呢？所以對機械運動而言參考系很重要。

4 結束語

二三十年前我們流行的口號是數理化不分家。如今，我想提的口號是初中物理與高中物理更不能分家。雖然教學的學段不同，大家或許互相存有各種看法，但是對于學生而言，他們所學的也都是同一個的學科——物理。所以我們各位專業的物理教師有責任也有義務來教授給我們的學生相對最好最完整也最適合他們的東西。學術存在主流與支流，對于概念的理解大家或許存在些許差異。這種差異我們應該讓我們的學生有所了解，又不能造成他們認識上的相悖與紊亂。這就是我寫本篇論文的初衷。